Marcadores Tumorales, Pruebas de Laboratorio. · Los marcadores tumorales por sí solo pocas veces son suficiente evidencia de que hay cáncer. La mayoría de los marcadores tumorales

Marcadores

Tumorales,

Pruebas de

Laboratorio.

Encarnación Jiménez Moles Mª Elvira Ortiz Callejón Felicidad Béjar Pretel

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Índice 1. Introducción .............................................................................................. 4

2. Clasificación .............................................................................................. 6

- Características generales ........................................................................ 7

- Reconocimiento celular ........................................................................... 9

- Etimología e historia ................................................................................ 15

- Estructuras y mecanismos ...................................................................... 18

- Especificidad......................................................................................... 21

- Mecanismos .......................................................................................... 23

- Estabilización del estado de transición ............................................ 25

- Modulación alostérica ........................................................................ 26

- Cofactores y coenzimas ..................................................................... 27

Cofactores ................................................................................................... 27

Coenzimas ................................................................................................... 28

- Termodinámica .................................................................................... 30

- Cinética ................................................................................................. 31

- Inhibición ............................................................................................... 36

- Función biológica ................................................................................ 41

- Control de la actividad ....................................................................... 44

- Implicaciones en enfermedades ...................................................... 46

- Clasificación y nomenclatura de enzimas ...................................... 48

- Aplicaciones industriales ..................................................................... 50

3. ¿Cuáles marcadores de tumores se usan actualmente y para qué

tipos de cánceres? ........................................................................................ 60

4. ¿Pueden los marcadores de tumores usarse como exámenes

selectivos de detección de cáncer? .......................................................... 68

3

5. ¿Qué clase de investigación se está haciendo para formular

marcadores de tumores más precisos? ...................................................... 71

6. Pruebas Especiales de Laboratorio ....................................................... 73

7. Bibliografía ............................................................................................... 74

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1. Introducción

Los marcadores tumorales son sustancias que se encuentran en el

cuerpo que pueden detectarse en una persona con cáncer. Un

marcador tumoral clásico se conforma de una proteína que puede

estar presente en niveles elevados en la sangre ante la existencia de

cierto tipo de cáncer, pero no todos los marcadores tumorales se

manifiestan así. Algunos se encuentren en la orina u otros fluidos

corporales, mientras que otros pueden estar presentes en los tumores y

otros tejidos. Pueden ser productos de las mismas células cancerosas, o

ser producidos por el cuerpo en respuesta al cáncer, entre otras

afecciones. La mayoría de los marcadores tumorales son proteínas, pero

algunos más recientes consisten de genes u otras sustancias.

Existen muchos diferentes marcadores tumorales. Algunos son vistos en

un solo tipo de cáncer, mientras que otros pueden encontrarse en

muchos tipos de la enfermedad.

Para probar la presencia de un marcador tumoral, el médico

normalmente envía una muestra de sangre u orina del paciente a un

laboratorio. El marcador normalmente es identificado al combinar la

sangre u orina con anticuerpos sintéticos que reaccionan con la

proteína del marcador tumoral. En ocasiones se somete a prueba una

muestra del tumor en sí para verificar la presencia de los marcadores

tumorales.

5

Los marcadores tumorales por sí solo pocas veces son suficiente

evidencia de que hay cáncer. La mayoría de los marcadores tumorales

pueden ser producidos por las células normales, al igual que las

cancerosas. En ocasiones, las enfermedades no cancerosas también

pueden causar que los niveles de ciertos marcadores tumorales se

incrementen más de lo normal. Y puede ser que no todas las personas

con cáncer presenten niveles elevados de algún marcador tumoral en

particular.

Es por eso que sólo unos cuantos marcadores tumorales se usan

comúnmente por la mayoría de los médicos. Cuando un médico

observa el nivel de algún marcador tumoral, lo considerará junto con el

historial del paciente y su revisión física general, así como con los otros

análisis de laboratorio y estudios de imágenes.

En años recientes, los médicos han comenzado a desarrollar nuevos

tipos de marcadores tumorales. Con los avances tecnológicos, los

niveles de ciertos materiales genéticos (ADN o ARN) ya pueden ser

medidos en la actualidad. La identificación de una sustancia por sí sola

para que proporcione información de utilidad es difícil, pero los médicos

ya comienzan a observar los patrones genéticos y proteínicos en la

sangre.

Los marcadores tumorales pueden ser utilizados en una variedad de

formas.

6

2. Clasificación

Las sustancias que se pueden emplear como marcadores tumorales son

muy heterogeneas desde el punto de vista bioquímico y pueden

clasificarse en los siguientes grupos:

• Antígenos oncofetales como el antígeno

carcinoembrionario, alfa-fetoproteina y gonadotropina

coriónica humana.

Los antígenos oncofetales son proteínas que se expresan en los

tejidos de un organismo en la fase de desarrollo fetal pero no en el

individuo adulto normal. Sin embargo aparecen a concentraciones

elevadas en las células cancerosas, por lo que pueden utilizarse

como marcadores tumorales para detectar la existencia de un tumor

maligno.

Su detección no implica necesariamente el diagnostico de cáncer,

pues pueden aparecer en pequeñas cantidades en las células

normales y también en diferentes procesos que ocasionan

inflamación.

Los antígenos oncofetales que más se utilizan en medicina son el

antígeno carcinoembrionario y la alfa-fetoproteina. Se cree que los

genes que codifican estas proteínas se silencian a partir del

7

desarrollo fetal, pero dejan de estar reprimidos cuando en la célula

se produce una transformación que origina un cáncer.

• Glicoproteinas como el antígeno prostático específico,

el CA 125, CA19-9, CA 15-3,M2-PK y CA72.4

Las glicoproteínas (también llamadas glucoproteínas, aunque dicho

término no figura en la RAE) son moléculas compuestas por una

proteína unida a uno o varios glúcidos, simples o compuestos. Tienen

entre otras funciones el reconocimiento celular cuando están presentes

en la superficie de las membranas plasmáticas (glucocálix).

El término glicoproteína se usa en general para referirse a una molécula

de dimensiones específicas, integrada normalmente por uno o más

oligosacáridos unidos de modo covalente a cadenas laterales

específicas de polipéptidos. Suelen tener un mayor porcentaje de

proteínas que de glúcidos. Los términos proteoglicano y peptidoglicano

designan agregados masivos formados por glúcidos y proteínas o

séptimos péptidos, para los cuales la palabra molécula no tiene

significado preciso. Las partículas de proteoglicanos tienen un mayor

porcentaje de glúcidos que de proteínas.

- Características generales

Existen en todo tipo de organismos, aunque prevalecen sobre todo en

los líquidos y en las células de los animales, en las que tienen muchas

8

funciones. Se encuentran muy difundidas en las membranas de las

células o en asociación como componentes de la cubierta superficial.

Son glicoproteínas varias hormonas, los anticuerpos, diversas enzimas,

proteínas receptoras, proteínas de adhesión celular, factores de

crecimiento, proteínas de identificación celular, proteínas que confieren

las características de los grupos sanguíneos, proteínas que dan

estabilidad estructural a conjuntos plurimoleculares, etc.

Es lógico preguntarse cual sería la razón de la presencia del

carbohidrato. Una propuesta es que la fijación de azúcares a una

proteína es la etiqueta química con la que se identifican las proteínas

destinadas a utilizarse fuera de la célula o en la trama membranosa de

ésta. Así, las proteínas que se conservarán y usarán en el citoplasma de

la célula no están glicosiladas.

Como grupo, las glicoproteínas manifiestan grandes diferencias en su

contenido de carbohidratos, el cual fluctúa de menos del 1% hasta el

80% del peso total. Las que tienen más de 4% de carbohidrato se llaman

en ocasiones mucoproteínas porque poseen una gran viscosidad. La

unión covalente con el péptido se realiza mediante un enlace

glicosídico con la cadena lateral de residuos de serina, treonina o

asparagina. Los grupos oligosacáridos unidos al grupo -OH de la serina y

la treonina se llaman 'O-ligados', mientras que los fijos al grupo amida -

NH2 de la asparagina se llaman 'N-ligados'. El número de grupos

9

oligosacáridos por molécula de proteína es variable, pero todos los

grupos de la molécula suelen ser idénticos. Los azúcares más comunes

en tales oligosacáridos son la D-galactosa, la D-glucosa, la D-manosa, la

L-fucosa, la N-acetil-D-glucosamina, etc.

- Reconocimiento celular

Los grupos sanguíneos dependen del tipo de glicoproteína que

contienen la membrana de los eritrocitos; el grupo A tiene como

oligosacárido una cadena de N-acetilgalactosamina, mientras que el

grupo B tiene una cadena de galactosa, y por tanto, el grupo AB

presenta los dos tipos de glicoproteínas y el grupo 0 carece de ambos.

Para determinar el grupo sanguíneo se usan antisueros, que contienen

anticuerpos que reconocen determinado tipo de glicoproteína (el

antisuero A reconoce la glicoproteína A). El conocimiento del grupo

sanguíneo es importante para hacer transfusiones y evitar la formación

de coágulos que provocan infartos y trombosis cerebrales mortales.

• Hormonas como las catecolaminas.

Las hormonas son los mensajeros químicos del cuerpo. Viajan a través

del torrente sanguíneo hacia los tejidos y órganos. Surten su efecto

lentamente y, con el tiempo, afectan muchos procesos distintos,

incluyendo:

• Crecimiento y desarrollo

10

• Metabolismo: cómo el cuerpo obtiene la energía de los alimentos

que usted consume

• Función sexual

• Reproducción

• Estado de ánimo

Las glándulas endocrinas, que son grupos especiales de células,

producen las hormonas. Las principales glándulas endocrinas son la

pituitaria, la glándula pineal, el timo, la tiroides, las glándulas

suprarrenales y el páncreas. Además de lo anterior, los hombres

producen hormonas en los testículos y las mujeres en los ovarios.

Las hormonas son potentes. Se necesita solamente una cantidad

mínima para provocar grandes cambios en las células o inclusive en

todo el cuerpo. Es por ello que el exceso o la falta de una hormona

específica puede ser serio. Las pruebas de laboratorio pueden medir los

niveles hormonales con análisis de la sangre, la orina o la saliva. Su

médico puede indicar estos exámenes si tiene síntomas de un trastorno

hormonal. Las pruebas caseras de embarazo son similares - evalúan las

hormonas del embarazo en la orina.

• Proteinas como la tiroglobulina.

Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de

aminoácidos. El término proteína proviene de la palabra francesa

11

protéine y esta del griego πρωτεῖος (proteios), que significa 'prominente,

de primera calidad'.1

Por sus propiedades físico-químicas, las proteínas se pueden clasificar en

proteínas simples (holoproteidos), que por hidrólisis dan solo

aminoácidos o sus derivados; proteínas conjugadas (heteroproteidos),

que por hidrólisis dan aminoácidos acompañados de sustancias

diversas, y proteínas derivadas, sustancias formadas por

desnaturalización y desdoblamiento de las anteriores. Las proteínas son

indispensables para la vida, sobre todo por su función plástica

(constituyen el 80% del protoplasma deshidratado de toda célula), pero

también por sus funciones biorreguladoras (forma parte de las enzimas)

y de defensa (los anticuerpos son proteínas).2

Las proteínas desempeñan un papel fundamental para la vida y son las

biomoléculas más versátiles y más diversas. Son imprescindibles para el

crecimiento del organismo. Realizan una enorme cantidad de funciones

diferentes, entre las que destacan:

• Estructural. Esta es la función más importante de una proteína (Ej:

colágeno),

• Inmunológica (anticuerpos),

• Enzimática (Ej: sacarasa y pepsina),

• Contráctil (actina y miosina).

12

• Homeostática: colaboran en el mantenimiento del pH (ya que

actúan como un tampón químico),

• Transducción de señales (Ej: rodopsina)

• Protectora o defensiva (Ej: trombina y fibrinógeno)

Las proteínas están formadas por aminoácidos los cuales a su vez están

formados por enlaces peptídicos para formar esfingocinas.

Las proteínas de todos los seres vivos están determinadas

mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos

antimicrobianos de síntesis no ribosomal), es decir, la información

genética determina en gran medida qué proteínas tiene una célula, un

tejido y un organismo.

Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren

regulados los genes que las codifican. Por lo tanto, son susceptibles a

señales o factores externos. El conjunto de las proteínas expresadas en

una circunstancia determinada es denominado proteoma.

tiroglobulina

Es la proteína específica de tiroides, componente principal del coloide,

que constituye el 75% de las proteínas.

La tiroglobulina incorpora I-, para lo cual requiere de la enzima

peroxidasa tiroidea y de H2O2.

13

Las hormonas tiroideas T4 y T3 se forman en el seno de la tiroglobulina

tras un proceso de acoplamiento entre sus precursores MIT

(monoyodotirosina) y DIT (diyodo tirosina).

Normalmente, la tiroglobulina está restringida al folículo tiroideo,

puede aparecer en sangre en casos de tiroiditis o cáncer de tiroides.

La función de almacenamiento de la tiroglobulina proporciona una

reserva constante de hormona tiroidea.

• Enzimas como la lactato deshidrogenasa (LDH) y

fosfatasa alcalina.

Las enzimas son moléculas de naturaleza proteica que catalizan

reacciones químicas, siempre que sean termodinámicamente posibles:

Una enzima hace que una reacción química que es energéticamente

posible (ver Energía libre de Gibbs), pero que transcurre a una

velocidad muy baja, sea cinéticamente favorable, es decir, transcurra a

mayor velocidad que sin la presencia de la enzima. En estas reacciones,

las enzimas actúan sobre unas moléculas denominadas sustratos, las

cuales se convierten en moléculas diferentes denominadas productos.

Casi todos los procesos en las células necesitan enzimas para que

ocurran a unas tasas significativas. A las reacciones mediadas por

enzimas se las denomina reacciones enzimáticas.

Debido a que las enzimas son extremadamente selectivas con sus

sustratos y su velocidad crece sólo con algunas reacciones, el conjunto

14

(set) de enzimas sintetizadas en una célula determina el tipo de

metabolismo que tendrá cada célula. A su vez, esta síntesis depende de

la regulación de la expresión génica.

Como todos los catalizadores, las enzimas funcionan disminuyendo la

energía de activación (∆G‡) de una reacción, de forma que se acelera

sustancialmente la tasa de reacción. Las enzimas no alteran el balance

energético de las reacciones en que intervienen, ni modifican, por lo

tanto, el equilibrio de la reacción, pero consiguen acelerar el proceso

incluso millones de veces. Una reacción que se produce bajo el control

de una enzima, o de un catalizador en general, alcanza el equilibrio

mucho más deprisa que la correspondiente reacción no catalizada.

Al igual que ocurre con otros catalizadores, las enzimas no son

consumidas por las reacciones que catalizan, ni alteran su equilibrio

químico. Sin embargo, las enzimas difieren de otros catalizadores por ser

más específicas. Las enzimas catalizan alrededor de 4.000 reacciones

bioquímicas distintas. No todos los catalizadores bioquímicos son

proteínas, pues algunas moléculas de ARN son capaces de catalizar

reacciones (como la subunidad 16S de los ribosomas en la que reside la

actividad peptidil transferasa). También cabe nombrar unas moléculas

sintéticas denominadas enzimas artificiales capaces de catalizar

reacciones químicas como las enzimas clásicas.

15

La actividad de las enzimas puede ser afectada por otras moléculas. Los

inhibidores enzimáticos son moléculas que disminuyen o impiden la

actividad de las enzimas, mientras que los activadores son moléculas

que incrementan dicha actividad. Asimismo, gran cantidad de enzimas

requieren de cofactores para su actividad. Muchas drogas o fármacos

son moléculas inhibidoras. Igualmente, la actividad es afectada por la

temperatura, el pH, la concentración de la propia enzima y del sustrato,

y otros factores físico-químicos.

Algunas enzimas son usadas comercialmente, por ejemplo, en la síntesis

de antibióticos y productos domésticos de limpieza. Además, son

ampliamente utilizadas en diversos procesos industriales, como son la

fabricación de alimentos, destinción de jeans o producción de

biocombustibles.

- Etimología e historia

16

Eduard Buchner.

Desde finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX, se conocía la

digestión de la carne por las secreciones del estómago y la conversión

del almidón en azúcar por los extractos de plantas y la saliva. Sin

embargo, no había sido identificado el mecanismo subyacente.

En el siglo XIX, cuando se estaba estudiando la fermentación del azúcar

en el alcohol con levaduras, Louis Pasteur llegó a la conclusión de que

esta fermentación era catalizada por una fuerza vital contenida en las

células de la levadura, llamadas fermentos, e inicialmente se pensó que

solo funcionaban con organismos vivos. Escribió que "la fermentación

del alcohol es un acto relacionado con la vida y la organización de las

células de las levaduras, y no con la muerte y la putrefacción de las

células". Por el contrario, otros científicos de la época como Justus von

Liebig, se mantuvieron en la posición que defendía el carácter

puramente químico de la reacción de fermentación.

17

En 1878 el fisiólogo Wilhelm Kühne (1837–1900) acuñó el término enzima,

que viene del griego ενζυµον "en levadura", para describir este proceso.

La palabra enzima fue usada después para referirse a sustancias inertes

como la pepsina. Por otro lado, la palabra "fermento" solía referirse a la

actividad química producida por organismos vivientes.

En 1897 Eduard Buchner comenzó a estudiar la capacidad de los

extractos de levadura para fermentar azúcar a pesar de la ausencia de

células vivientes de levadura. En una serie de experimentos en la

Universidad Humboldt de Berlín, encontró que el azúcar era fermentado

inclusive cuando no había elementos vivos en los cultivos de células de

levaduras. Llamó a la enzima que causa la fermentación de la

sacarosa, “zimasa”. En 1907 recibió el Premio Nobel de Química "por sus

investigaciones bioquímicas y el haber descubierto la fermentación libre

de células". Siguiendo el ejemplo de Buchner, las enzimas son

usualmente nombradas de acuerdo a la reacción que producen.

Normalmente, el sufijo "-asa" es agregado al nombre del sustrato (p. ej.,

la lactasa es la enzima que degrada lactosa) o al tipo de reacción (p.

ej., la ADN polimerasa forma polímeros de ADN).

Tras haber mostrado que las enzimas pueden funcionar fuera de una

célula viva, el próximo paso era determinar su naturaleza bioquímica. En

muchos de los trabajos iniciales se notó que la actividad enzimática

estaba asociada con proteínas, pero algunos científicos (como el

premio Nobel Richard Willstätter) argumentaban que las proteínas eran

18

simplemente el transporte para las verdaderas enzimas y que las

proteínas per se no eran capaces de realizar catálisis. Sin embargo, en

1926, James B. Sumner demostró que la enzima ureasa era una proteína

pura y la cristalizó. Summer hizo lo mismo con la enzima catalasa en

1937. La conclusión de que las proteínas puras podían ser enzimas fue

definitivamente probada por John Howard Northrop y Wendell Meredith

Stanley, quienes trabajaron con diversas enzimas digestivas como la

pepsina (1930), la tripsina y la quimotripsina. Estos tres científicos

recibieron el Premio Nobel de Química en 1946.

El descubrimiento de que las enzimas podían ser cristalizadas permitía

que sus estructuras fuesen resueltas mediante técnicas de cristalografía

y difracción de rayos X. Esto se llevó a cabo en primer lugar con la

lisozima, una enzima encontrada en las lágrimas, la saliva y los huevos,

capaces de digerir la pared de algunas bacterias. La estructura fue

resuelta por un grupo liderado por David Chilton Phillips y publicada en

1965.14 Esta estructura de alta resolución de las lisozimas, marcó el

comienzo en el campo de la biología estructural y el esfuerzo por

entender cómo las enzimas trabajan en el orden molecular.

- Estructuras y mecanismos

Diagrama de cintas q

carbónica de tipo II. La esfera gris representa al

el centro activo.

Las enzimas son generalmente proteínas globulares que pueden

presentar tamaños muy variables, desde 62

caso del monómero

2.500 presentes en la sintasa de ácidos grasos

Las actividades de las enzimas vienen determinadas por su estructura

tridimensional, la cual viene a su vez determinada por la secuencia de

aminoácidos. Sin embargo, aunque la estructura determina la función,

predecir una nueva actividad enzimática basándose únicamente en la

estructura de una proteína es muy difícil, y un problema aún no resuelto.

Casi todas las enzimas son mucho más grandes que los sustratos sobre

los que actúan, y solo una pequeña parte de la enzima (alred

a 4 aminoácidos) está directamente involucrada en la catálisis. La

19

Diagrama de cintas que representa la estructura de una

de tipo II. La esfera gris representa al cofactor zinc


presentar tamaños muy variables, desde 62 aminoácidos

de la 4-oxalocrotonato tautomerasa

sintasa de ácidos grasos.




ueva actividad enzimática basándose únicamente en la



los que actúan, y solo una pequeña parte de la enzima (alred

) está directamente involucrada en la catálisis. La

ue representa la estructura de una anhidrasa

zinc situado en


aminoácidos como en el

oxalocrotonato tautomerasa, hasta los




ueva actividad enzimática basándose únicamente en la



los que actúan, y solo una pequeña parte de la enzima (alrededor de 3

) está directamente involucrada en la catálisis. La

20

región que contiene estos residuos encargados de catalizar la reacción

es denominada centro activo. Las enzimas también pueden contener

sitios con la capacidad de unir cofactores, necesarios a veces en el

proceso de catálisis, o de unir pequeñas moléculas, como los sustratos o

productos (directos o indirectos) de la reacción catalizada. Estas

uniones de la enzima con sus propios sustratos o productos pueden

incrementar o disminuir la actividad enzimática, dando lugar así a una

regulación por retroalimentación positiva o negativa, según el caso.

Al igual que las demás proteínas, las enzimas se componen de una

cadena lineal de aminoácidos que se pliegan durante el proceso de

traducción para dar lugar a una estructura terciaria tridimensional de la

enzima, susceptible de presentar actividad. Cada secuencia de

aminoácidos es única y por tanto da lugar a una estructura única, con

propiedades únicas. En ocasiones, proteínas individuales pueden unirse

a otras proteínas para formar complejos, en lo que se denomina

estructura cuaternaria de las proteínas.

La mayoría de las enzimas, al igual que el resto de las proteínas, pueden

ser desnaturalizadas si se ven sometidas a agentes desnaturalizantes

como el calor, los pHs extremos o ciertos compuestos como el SDS. Estos

agentes destruyen la estructura terciaria de las proteínas de forma

reversible o irreversible, dependiendo de la enzima y de la condición.

21

- Especificidad

Las enzimas suelen ser muy específicas tanto del tipo de reacción que

catalizan como del sustrato involucrado en la reacción. La forma, la

carga y las características hidrofílicas/hidrofóbicas de las enzimas y los

sustratos son los responsables de dicha especificidad. Las enzimas

también pueden mostrar un elevado grado de estereoespecificidad,

regioselectividad y quimioselectividad.20

Algunas de estas enzimas que muestran una elevada especificidad y

precisión en su actividad son aquellas involucrados en la replicación y

expresión del genoma. Estas enzimas tienen eficientes sistemas de

comprobación y corrección de errores, como en el caso de la ADN

polimerasa, que cataliza una reacción de replicación en un primer

paso, para comprobar posteriormente si el producto obtenido es el

correcto. Este proceso, que tiene lugar en dos pasos, da como resultado

una media de tasa de error increíblemente baja, en torno a 1 error

cada 100 millones de reacciones en determinadas polimerasas de

mamíferos. Este tipo de mecanismos de comprobación también han

sido observados en la ARN polimerasa, en la ARNt aminoacil sintetasa y

en la actividad de selección de los aminoacil-tRNAs.

Aquellas enzimas que producen metabolitos secundarios son

denominadas promiscuas, ya que pueden actuar sobre una gran

variedad de sustratos. Por ello, se ha sugerido que esta amplia

22

especificidad de sustrato podría ser clave en la evolución y diseño de

nuevas rutas biosintéticas.

Modelo de la "llave-cerradura"

Las enzimas son muy específicas, como sugirió Emil Fischer en 1894. Con

base a sus resultados dedujo que ambas moléculas, enzima y sustrato,

poseen complementariedad geométrica, es decir, sus estructuras

encajan exactamente una en la otra, por lo que ha sido denominado

como modelo de la "llave-cerradura", refiriéndose a la enzima como a

una especie de cerradura y al sustrato como a una llave que encaja de

forma perfecta en dicha cerradura. Sin embargo, si bien este modelo

explica la especificidad de las enzimas, falla al intentar explicar la

estabilización del estado de transición que logran adquirir las enzimas.

Modelo del encaje inducido

Diagrama que esquematiza el modo de acción del mode

inducido.

En 1958 Daniel Koshland

cerradura: las enzimas son

activo podría cambiar su conformación estructural por la interacción

con el sustrato. Como resultado de ello, la

compone el sitio activo es moldeada en posiciones precisas, lo que

permite a la enzima llevar a cabo su función catalítica. En algunos

casos, como en las glicosidasas

forma para entrar en el sitio activo.

hasta que el sustrato está completamente unido, momento en el cual

queda determinada la forma y la carga final

- Mecanismos

Las enzimas pueden actuar de diversas formas, aunque, como se verá a

continuación, siempre dando lugar a una

23

Diagrama que esquematiza el modo de acción del mode

Daniel Koshland sugiere una modificación al modelo de la llave

cerradura: las enzimas son estructuras bastante flexibles y así el sitio


con el sustrato. Como resultado de ello, la cadena aminoacídica

mpone el sitio activo es moldeada en posiciones precisas, lo que


glicosidasas, el sustrato cambia ligeramente de

forma para entrar en el sitio activo. El sitio activo continua dicho cambio


queda determinada la forma y la carga final.


continuación, siempre dando lugar a una disminución del valor de

Diagrama que esquematiza el modo de acción del modelo del encaje

sugiere una modificación al modelo de la llave-

estructuras bastante flexibles y así el sitio


cadena aminoacídica que

mpone el sitio activo es moldeada en posiciones precisas, lo que


, el sustrato cambia ligeramente de

El sitio activo continua dicho cambio



disminución del valor de ∆G‡:

24

• Reducción de la energía de activación mediante la creación de

un ambiente en el cual el estado de transición es estabilizado (por

ejemplo, forzando la forma de un sustrato: la enzima produce un

cambio de conformación del sustrato unido el cual pasa a un

estado de transición, de modo que ve reducida la cantidad de

energía que precisa para completar la transición).

• Reduciendo la energía del estado de transición, sin afectar la

forma del sustrato, mediante la creación de un ambiente con una

distribución de carga óptima para que se genere dicho estado

de transición.

• Proporcionando una ruta alternativa. Por ejemplo, reaccionando

temporalmente con el sustrato para formar un complejo

intermedio enzima/sustrato (ES), que no sería factible en ausencia

de enzima.

• Reduciendo la variación de entropía necesaria para alcanzar el

estado de transición (energía de activación) de la reacción

mediante la acción de orientar correctamente los sustratos,

favoreciendo así que se produzca dicha reacción.

• Incrementando la velocidad de la enzima mediante un aumento

de temperatura. El incremento de temperatura facilita la acción

de la enzima y permite que se incremente su velocidad de

reacción. Sin embargo, si la temperatura se eleva demasiado, la

conformación estructural de la enzima puede verse afectada,

reduciendo así su velocidad de reacción, y sólo recuperando su

25

actividad óptima cuando la temperatura se reduce. No obstante,

algunas enzimas son termolábiles y trabajan mejor a bajas

temperaturas.

Cabe destacar que este efecto entrópico implica la desestabilización

del estado basal, y su contribución a la catálisis es relativamente

pequeña.

- Estabilización del estado de transición

La comprensión del origen de la reducción del valor de ∆G‡ en una

reacción enzimática requiere elucidar previamente cómo las enzimas

pueden estabilizar su estado de transición, más que el estado de

transición de la reacción. Aparentemente, la forma más efectiva para

alcanzar la estabilización es la utilización de fuerzas electrostáticas,

concretamente, poseyendo un ambiente polar relativamente fijado que

pueda orientarse hacia la distribución de carga del estado de

transición. Ese tipo de ambientes no existen ni se generan en ausencia

de enzimas.

- Dinámica y función

La dinámica interna de las enzimas está relacionada con sus

mecanismos de catálisis. La dinámica interna se define como el

movimiento de diferentes partes de la estructura de la enzima, desde

residuos individuales de aminoácidos, hasta grupos de aminoácidos o

incluso un dominio proteico entero. Estos movimientos se producen a

diferentes escalas de tiempo que van desde

segundos. Casi cualquier residuo de la estructura de la enzima puede

contribuir en el proceso de catálisis por medio de movimientos

dinámicos. Los movimientos de las pr

enzimas. Dichos movimientos podrán ser más o menos importantes

según si los cambios conformacionales se producen por vibraciones

pequeñas y rápidas o grandes y lentas, y dicha importancia dependerá

del tipo de reacción que lle

estos movimientos son importantes en el proceso de unión y liberación

de sustratos y productos, aún no está claro si estos movimientos ayudan

a acelerar los pasos químicos de las reacciones enzimáticas.

nuevos avances también tienen implicaciones en la comprensión de los

efectos alostéricos y en el desarrollo de nuevos

- Modulación alostérica

Transición alostérica de una enzima entre los estados R y T, estabilizada

por un agonista, un inhibidor y un sustrato.

26

diferentes escalas de tiempo que van desde femtosegundos

. Casi cualquier residuo de la estructura de la enzima puede


dinámicos. Los movimientos de las proteínas son vitales en muchas




del tipo de reacción que lleve a cabo la enzima. Sin embargo, aunque



a acelerar los pasos químicos de las reacciones enzimáticas.


efectos alostéricos y en el desarrollo de nuevos fármacos.

Modulación alostérica


, un inhibidor y un sustrato.

femtosegundos hasta

. Casi cualquier residuo de la estructura de la enzima puede


oteínas son vitales en muchas




ve a cabo la enzima. Sin embargo, aunque



a acelerar los pasos químicos de las reacciones enzimáticas.42 Estos



27

Los sitios alostéricos son zonas de la enzima con capacidad de

reconocer y unir determinadas moléculas en la célula. Las uniones a las

que dan lugar son débiles y no covalentes, y generan un cambio en la

conformación estructural de la enzima que repercute en el sitio activo,

afectando así a la velocidad de reacción. Las interacciones alostéricas

pueden tanto inhibir como activar enzimas, y son una forma muy común

de controlar las enzimas en las células.

- Cofactores y coenzimas

Cofactores

Algunas enzimas no precisan ningún componente adicional para

mostrar una total actividad. Sin embargo, otras enzimas requieren la

unión de moléculas no proteicas denominadas cofactores para poder

ejercer su actividad. Los cofactores pueden ser compuestos inorgánicos,

como los iones metálicos y los complejos ferrosulfurosos, o compuestos

orgánicos, como la flavina o el grupo hemo. Los cofactores orgánicos

pueden ser a su vez grupos prostéticos, que se unen fuertemente a la

enzima, o coenzimas, que son liberados del sitio activo de la enzima

durante la reacción. Las coenzimas incluyen compuestos como el

NADH, el NADPH y el adenosín trifosfato. Estas moléculas transfieren

grupos funcionales entre enzimas.

Un ejemplo de una enzima que contiene un cofactor es la anhidrasa

carbónica, en la cual el zinc (cofactor) se mantiene unido al sitio activo,

tal y como se muestra en la figura anterior (

sección "Estructuras y mecanismos"

unidas al sitio activo y están implicadas en la catálisis. Por ejemplo,

flavina y el grupo hemo suelen estar implicados en reacciones

Las enzimas que requieren un cofactor pero no lo tienen unido son

denominadas apoenzimas

cofactor(es) es denominada

mayoría de los cofactores no se unen covalentemente a sus enzimas,

pero sí lo hacen fuertemente. Sin embargo, los grupos prostéticos

pueden estar covalentemente unidos, como en el caso

pirofosfato en la enzima

"holoenzima" también puede ser aplicado a aquellas enzimas que

contienen múltiples subunidades, como en el caso de la

polimerasa, donde la holoenzima es el complejo con todas las

subunidades necesarias para llevar a cabo la actividad enzimática.

Coenzimas

Modelo tridimensional de esferas de la coenzima NADH.

28

tal y como se muestra en la figura anterior (situada al inicio de la

sección "Estructuras y mecanismos"). Estas moléculas suelen encontrarse

unidas al sitio activo y están implicadas en la catálisis. Por ejemplo,

flavina y el grupo hemo suelen estar implicados en reacciones


apoenzimas o apoproteínas. Una apoenzima junto

cofactor(es) es denominada holoenzima (que es la forma activa). La



pueden estar covalentemente unidos, como en el caso de la

en la enzima piruvato deshidrogenasa. El término


contienen múltiples subunidades, como en el caso de la

, donde la holoenzima es el complejo con todas las


Modelo tridimensional de esferas de la coenzima NADH.

situada al inicio de la

). Estas moléculas suelen encontrarse

unidas al sitio activo y están implicadas en la catálisis. Por ejemplo, la

flavina y el grupo hemo suelen estar implicados en reacciones redox.


. Una apoenzima junto con

(que es la forma activa). La



de la tiamina

. El término


contienen múltiples subunidades, como en el caso de la ADN

, donde la holoenzima es el complejo con todas las


29

Las coenzimas son pequeñas moléculas orgánicas que transportan

grupos químicos de una enzima a otra. Algunos de estos compuestos,

como la riboflavina, la tiamina y el ácido fólico son vitaminas (las cuales

no pueden ser sintetizados en cantidad suficiente por el cuerpo humano

y deben ser incorporados en la dieta). Los grupos químicos

intercambiados incluyen el ion hidruro (H-) transportado por NAD o

NADP+, el grupo fosfato transportado por el ATP, el grupo acetilo

transportado por la coenzima A, los grupos formil, metenil o metil

transportados por el ácido fólico y el grupo metil transportado por la S-

Adenosil metionina.

Debido a que las coenzimas sufren una modificación química como

consecuencia de la actividad enzimática, es útil considerar a las

coenzimas como una clase especial de sustratos, o como segundos

sustratos, que son comunes a muchas enzimas diferentes. Por ejemplo,

se conocen alrededor de 700 enzimas que utilizan la coenzima NADH.

Las coenzimas suelen estar continuamente regenerándose y sus

concentraciones suelen mantenerse a unos niveles fijos en el interior de

la célula: por ejemplo, el NADPH es regenerado a través de la ruta de

las pentosas fosfato y la S-Adenosil metionina p medio de la metionina

adenosiltransferasa. Esta regeneración continua significa que incluso

pequeñas cantidades de coenzimas son utilizadas intensivamente. Por

ejemplo, el cuerpo humano gasta su propio peso en ATP cada día.

- Termodinámica

Gráfica de las energías de las diferentes fases de una

Los sustratos precisan mucha energía para alcanzar el

transición, pero una vez alcanzado, se transforman en productos. La

enzima estabiliza el estado de transición, reduciendo la energía

necesaria para formar los productos.

Al igual que sucede con todos los

el equilibrio químico de la reacción. Generalmente, en presencia de

una enzima, la reacción

haría en ausencia de enzima, sólo que más rápido. Sin embargo, en

ausencia de enzima, podría producirse una reacción espontánea que

generase un producto diferente debido a que en esas condiciones,

dicho producto diferente se forma más rápidamente.

Además, las enzimas pueden acoplar dos o más reacciones, por lo que

una reacción termodinámicamente favorable puede ser utilizada para

30

Termodinámica

Gráfica de las energías de las diferentes fases de una reacción química

Los sustratos precisan mucha energía para alcanzar el

, pero una vez alcanzado, se transforman en productos. La


rmar los productos.

Al igual que sucede con todos los catalizadores, las enzimas no alteran


una enzima, la reacción avanza en la misma dirección en la que lo




ferente se forma más rápidamente.



reacción química.

Los sustratos precisan mucha energía para alcanzar el estado de

, pero una vez alcanzado, se transforman en productos. La


, las enzimas no alteran


avanza en la misma dirección en la que lo






favorecer otra reacción termodinámicamente desfavorable. Por

ejemplo, la hidrólisis de

reacciones químicas.

Las enzimas catalizan reacciones químicas tanto en un sentido como en

el contrario. Nunca alteran el equilibrio, sino únicamente la velocidad a

la que es alcanzado. Por ejemplo, la

reacción en una u otra dirección dependiendo de la concentración de

los reactantes, como se puede ver a continuación:

Si el equilibrio se ve muy desplazado en un sentido de la reacción, es

decir, se convierte en una reacción muy

hace efectivamente irreversible. Bajo estas condiciones, la enzima

únicamente catalizará la reacción en la dirección permitida desde un

punto de vista termodinámico.

- Cinética

Mecanismo para una reacción catalizada por una enzima con un único

sustrato. La enzima (E) une un sustrato (S) y genera un producto (P).

31


de ATP suele ser utilizada para favorecer otras

reacciones químicas tanto en un sentido como en


la que es alcanzado. Por ejemplo, la anhidrasa carbónica


los reactantes, como se puede ver a continuación:

(en tejidos; alta concentración de CO

(en pulmones; baja concentración de CO


decir, se convierte en una reacción muy exergónica, la reacción se



punto de vista termodinámico.




suele ser utilizada para favorecer otras

reacciones químicas tanto en un sentido como en


rasa carbónica cataliza su


a concentración de CO2)

; baja concentración de CO2)


, la reacción se





32

La cinética enzimática es el estudio de cómo las enzimas se unen a sus

sustratos y los transforman en productos. Los datos de equilibrios

utilizados en los estudios cinéticos son obtenidos mediante ensayos

enzimáticos.

En 1902, Victor Henri propuso una teoría cuantitativa sobre la cinética

enzimática, pero sus datos experimentales no fueron muy útiles debido a

que la importancia de la concentración del ion de hidrógeno aún no

era considerada. Después de que Peter Lauritz Sørensen definiera la

escala logarítmica del pH e introdujera el concepto de "tampón"

(buffer) en 1909, el químico alemán Leonor Michaelis y su postdoctoral

canadiense Maud Leonora Menten repitieron los experimentos de Henri

confirmando su ecuación, que actualmente es conocida como

cinética de Henri-Michaelis-Menten (o simplemente cinética de

Michaelis-Menten). Su trabajo fue desarrollado más en profundidad por

George Edward Briggs y J. B. S. Haldane, quienes obtuvieron las

ecuaciones cinéticas que se encuentran tan ampliamente extendidas

en la actualidad.

La mayor contribución de Henri fue la idea de dividir las reacciones

enzimáticas en dos etapas. En la primera, el sustrato se une

reversiblemente a la enzima, formando el complejo enzima-sustrato

(también denominado complejo Michaelis). En la segunda, la enzima

cataliza la reacción y libera el producto.

Curva de saturación de una reacción enzimática donde se muestra la

relación entre la concentración de sustrato y la velocidad de la

reacción.

Las enzimas pueden catalizar hasta varios millones de reacciones por

segundo. Por ejemplo, la descarboxilación no enzimática de la

5'-monofosfato tiene una vida media de 78 millones de años. Sin

embargo, cuando la enzima

presente en el medio, ese mismo proceso tarda apenas 25 milisegundos.

Las velocidades de las enzimas dependen de las condiciones de la

solución y de la concentración de sustrato. Aqu

desnaturalizan una proteína, como temperaturas elevadas, pHs

extremos o altas concentraciones de sal, dificultan o impiden la

actividad enzimática, mientras que elevadas concentraciones de

sustrato tienden a incrementar la actividad.

33



en catalizar hasta varios millones de reacciones por

segundo. Por ejemplo, la descarboxilación no enzimática de la

tiene una vida media de 78 millones de años. Sin

embargo, cuando la enzima orotidina 5'-fosfato descarboxilasa



solución y de la concentración de sustrato. Aquellas condiciones que




sustrato tienden a incrementar la actividad. Para encontrar la máxima



en catalizar hasta varios millones de reacciones por

segundo. Por ejemplo, la descarboxilación no enzimática de la orotidina

tiene una vida media de 78 millones de años. Sin

fosfato descarboxilasa está



ellas condiciones que




Para encontrar la máxima

34

velocidad de una reacción enzimática, la concentración de sustrato se

incrementa hasta que se obtiene una tasa constante de formación de

producto (véase la curva de saturación representada en la figura de la

derecha). La saturación ocurre porque, cuando la concentración de

sustrato aumenta, disminuye la concentración de enzima libre, que se

convierte en la forma con sustrato unido (ES). A la máxima velocidad

(Vmax) de la enzima, todos los sitios activos de dicha enzima tienen

sustrato unido, y la cantidad de complejos ES es igual a la cantidad total

de enzima. Sin embargo, Vmax es sólo una de las constantes cinéticas de

la enzima. La cantidad de sustrato necesario para obtener una

determinada velocidad de reacción también es importante. Este

parámetro viene dado por la constante de Michaelis-Menten (Km), que

viene a ser la concentración de sustrato necesaria para que una enzima

alcance la mitad de su velocidad máxima. Cada enzima tiene un valor

de Km característico para un determinado sustrato, el cual puede

decirnos cómo de afín es la unión entre el sustrato y la enzima. Otra

constante útil es kcat, que es el número de moléculas de sustrato

procesadas por cada sitio activo por segundo.

La eficiencia de una enzima puede ser expresada en términos de

kcat/Km, en lo que se denomina constante de especificidad, que

incorpora la constante de velocidad de todas las fases de la reacción.

Debido a que la constante de especificidad contempla tanto la

afinidad como la capacidad catalítica, es un parámetro muy útil para

35

comparar diferentes enzimas o la misma enzima con diferentes sustratos.

El valor máximo teórico de la constante de especificidad es

denominado límite de difusión tiene un valor de 108-109 (M-1 s-1).

Llegados a este punto, cada colisión de la enzima con su sustrato da

lugar a la catálisis, con lo que la velocidad de formación de producto

no se ve limitada por la velocidad de reacción, sino por la velocidad de

difusión. Las enzimas que poseen esta propiedad son llamadas enzimas

catalíticamente perfectas o cinéticamente perfectas. Ejemplos de este

tipo de enzimas son la triosa fosfato isomerasa, la anhidrasa carbónica,

la acetilcolinesterasa, la catalasa, la fumarasa, la beta-lactamasa y la

superóxido dismutasa.

La cinética de Michaelis-Menten depende de la ley de acción de

masas, que se deriva partiendo de los supuestos de difusión libre y

colisión al azar. Sin embargo, muchos procesos bioquímicos o celulares

se desvían significativamente de estas condiciones, a causa de

fenómenos como el crowding macromolecular, la separación de

etapas entre enzima-sustrato-producto, o los movimientos moleculares

uni- o bidimensionales. No obstante, en estas situaciones se puede

aplicar una cinética de Michaelis-Menten fractal.58 59 60 61

Algunas enzimas presentan una cinética más rápida que la velocidad

de difusión, lo que en principio parecería ser imposible. Se han

propuesto diversos mecanismos para tratar de explicar este fenómeno.

Uno de los modelos propone que algunas proteínas podrían tener la

capacidad de acelerar la catálisis secuestrando el sustrato y

orientándolo mediante campos eléctricos dipolares. Otro modelo

propone un mecanismo de

un electrón pueden formar un túnel a través de barreras de activación,

aunque existe cierta controversia en cuanto al efecto túnel que pueda

generar un protón. El efecto túnel mediado por pr

observado en triptamina

ser definida más exactamente como una "barrera", en lugar de como

hace el modelo tradicional, dond

alcanzar una barrera energética más baja.

- Inhibición

36



propone un mecanismo de efecto túnel cuántico, donde un protón o



generar un protón. El efecto túnel mediado por protones ha sido

triptamina. Esto sugiere que la catálisis enzimática podría


hace el modelo tradicional, donde el sustrato requiere a la enzima para

alcanzar una barrera energética más baja.



cuántico, donde un protón o



otones ha sido

. Esto sugiere que la catálisis enzimática podría


e el sustrato requiere a la enzima para

37

Los inhibidores competitivos se unen reversiblemente al enzima,

evitando la unión del sustrato. Por otro lado, la unión del sustrato evita la

unión del inhibidor. Así pues, sustrato e inhibidor compiten por la enzima.

Tipos de inhibición según la clasificación introducida por W. W. Cleland.

Los inhibidores son moléculas que regulan la actividad enzimática,

inhibiendo su actividad. A grandes rasgos, pueden clasificarse en

38

reversibles e irreversibles. Las irreversibles se unen covalentemente a la

enzima sin posibilidad de revertir la modificación, siendo útiles en

farmacología. Algunos de los fármacos que actúan de este modo son la

eflornitina, utilizada para tratar la tripanosomiasis africana, la penicilina y

la aspirina.

Las reversibles se unen de forma reversible a la enzima, pudiendo

clasificarse a su vez, según la forma en que intervienen en la reacción,

en competitivas, acompetitivas y mixtas. Habitualmente, por su amplia

presencia en multitud de procesos, se habla también de inhibición no

competitiva, que en realidad no es más que una variante de la ya

mencionada inhibición mixta. Sin embargo, por sus características se

suele presentar como opuesta a la competitiva, con la que es

comparada frecuentemente.

• En la inhibición competitiva, el sustrato y el inhibidor no se pueden

unir a la misma enzima al mismo tiempo, como se muestra en la

figura de la derecha. Esto generalmente ocurre cuando el

inhibidor tiene afinidad por el sitio activo de una enzima en el cual

también se une el sustrato; el sustrato y el inhibidor compiten para

el acceso al sitio activo de la enzima. Por ejemplo, el metotrexato

es un inhibidor competitivo de la enzima dihidrofolato reductasa,

que cataliza la reducción de dihidrofolato a tetrahidrofolato. La

similitud entre las estructuras del ácido fólico y el metotrexato

permite que se establezca una inhibición de tipo competitivo. Este

39

tipo de inhibición se puede superar con concentraciones

suficientemente altas del sustrato, es decir, dejando fuera de

competición al inhibidor. En la inhibición competitiva la velocidad

máxima de la reacción no varía, pero se necesitan

concentraciones más elevadas de sustrato para alcanzar una

determinada velocidad, incrementándose así la Km aparente.

• En la inhibición acompetitiva el inhibidor no puede unirse a la

enzima libre, sino únicamente al complejo enzima-sustrato (ES).

Una vez formado el complejo con el inhibidor (EIS) la enzima

queda inactiva. Este tipo de inhibición es poco común, pero

puede darse en enzimas multiméticas.

• La inhibición no competitiva es una forma de inhibición mixta

donde la unión del inhibidor con la enzima reduce su actividad

pero no afecta la unión con el sustrato. Como resultado, el grado

de inhibición depende solamente de la concentración de

inhibidor, independientemente de la concentración de sustrato,

con lo que varía el valor de la Vmax aparente. Sin embargo, como

el sustrato aún puede unirse a la enzima, el valor de Km no varía.

• En la inhibición mixta, el inhibidor se puede unir a la enzima al

mismo tiempo que el sustrato. Sin embargo, la unión del inhibidor

afecta la unión del sustrato, y viceversa. Este tipo de inhibición se

puede reducir, pero no superar al aumentar las concentraciones

del sustrato. Aunque es posible que los inhibidores de tipo mixto se

unan en el sitio activo, este

generalmente de un

otro sitio que no es el sitio activo de la enzima. La unión de

inhibidor con el sitio alostérico cambia la conformación (es decir,

la estructura terciaria

sustrato por el sitio activo se reduce.

La coenzima ácido fólico

metotrexato (derecha) son muy similares en estructura. Como resultado,

el metotrexato es un inhibidor competitivo de muchas enzimas que

utilizan folato.

En muchos organismos, los inhibidores pueden actuar como parte de un

mecanismo de realimentación. Si una enzima produce una sustancia en

demasiada cantidad en el organismo, esta misma sustancia podría

actuar como un inhibidor de la enzima al inicio de la ruta que lo

produce, deteniendo así dicha producción cuando haya una cantidad

suficiente de la sustancia en cuestión. Este sería una forma de

realimentación negativa

40


unan en el sitio activo, este tipo de inhibición resulta

generalmente de un efecto alostérico donde el inhibidor se une a

otro sitio que no es el sitio activo de la enzima. La unión de


estructura terciaria) de la enzima de modo que la afin

sustrato por el sitio activo se reduce.

ácido fólico (izquierda) y el fármaco anti

(derecha) son muy similares en estructura. Como resultado,



limentación. Si una enzima produce una sustancia en




te de la sustancia en cuestión. Este sería una forma de

realimentación negativa. Las enzimas que se encuentran sujetas a este


tipo de inhibición resulta

donde el inhibidor se une a

otro sitio que no es el sitio activo de la enzima. La unión del


) de la enzima de modo que la afinidad del

-cancerígeno

(derecha) son muy similares en estructura. Como resultado,



limentación. Si una enzima produce una sustancia en




te de la sustancia en cuestión. Este sería una forma de

. Las enzimas que se encuentran sujetas a este

41

tipo de regulación suelen ser multiméricas y poseer sitios alostéricos

donde se unen sustancias reguladoras. Las gráficas que representan la

velocidad de la reacción frente a la concentración de sustrato de estas

enzimas no son hipérboles, sino sigmoidales (forma de S).

Usos de los inhibidores

Debido a que los inhibidores modulan la función de las enzimas, suelen

ser utilizados como fármacos. Un típico ejemplo de un inhibidor que es

utilizado como fármaco es la aspirina, la cual inhibe las enzimas COX-1 y

COX-2 implicadas en la síntesis de un intermediario inflamatorio, las

prostaglandinas, con lo que suprime así los efectos derivados, el dolor y

la inflamación. Sin embargo, otros inhibidores enzimáticos actúan como

venenos. Por ejemplo, el cianuro es un inhibidor irreversible que se une a

los átomos de hierro y cobre en el sitio activo de la citocromo c oxidasa

de células animales (las plantas son resistentes al cianuro), bloqueando

así la respiración celular.

- Función biológica

Las enzimas presentan una amplia variedad de funciones en los

organismos vivos. Son indispensables en la transducción de señales y en

procesos de regulación, normalmente por medio de quinasas y

fosfatasas. También son capaces de producir movimiento, como es el

caso de la miosina al hidrolizar ATP para generar la contracción

muscular o el movimiento de vesículas por medio del citoesqueleto.

42

Otro tipo de ATPasas en la membrana celular son las bombas de iones

implicadas en procesos de transporte activo. Además, las enzimas

también están implicadas en funciones mucho más exóticas, como la

producción de luz por la luciferasa en las luciérnagas. Los virus también

pueden contener enzimas implicadas en la infección celular, como es el

caso de la integrasa del virus HIV y de la transcriptasa inversa, o en la

liberación viral, como la neuraminidasa del virus de la gripe.

Una importante función de las enzimas es la que presentan en el sistema

digestivo de los animales. Enzimas tales como las amilasas y las

proteasas son capaces de degradar moléculas grandes (almidón o

proteínas, respectivamente) en otras más pequeñas, de forma que

puedan ser absorbidas en el intestino. Las moléculas de almidón, por

ejemplo, que son demasiado grandes para ser absorbidas, son

degradadas por diversas enzimas a moléculas más pequeñas como la

maltosa, y finalmente a glucosa, la cual sí puede ser absorbida a través

de las células del intestino. Diferentes enzimas digestivas son capaces de

degradar diferentes tipos de alimentos. Los rumiantes que tienen una

dieta herbívora, poseen en sus intestinos una serie de microorganismos

que producen otra enzima, la celulasa, capaz de degradar la celulosa

presente en la pared celular de las plantas.

Varias enzimas pueden actuar conjuntamente en un orden específico,

creando así una ruta metabólica. En una ruta metabólica, una enzima

toma como sustrato el producto de otra enzima. Tras la reacción

43

catalítica, el producto se transfiere a la siguiente enzima y así

sucesivamente. En ocasiones, existe más de una enzima capaz de

catalizar la misma reacción en paralelo, lo que permite establecer una

regulación más sofisticada: por ejemplo, en el caso en que una enzima

presenta una actividad constitutiva pero con una baja constante de

actividad y una segunda enzima cuya actividad es inducible, pero

presenta una mayor constante de actividad.

Las enzimas determinan los pasos que siguen estas rutas metabólicas. Sin

las enzimas, el metabolismo no se produciría a través de los mismos

pasos, ni sería lo suficientemente rápido para atender las necesidades

de la célula. De hecho, una ruta metabólica como la glucolisis no

podría existir sin enzimas. La glucosa, por ejemplo, puede reaccionar

directamente con el ATP de forma que quede fosforilada en uno o más

carbonos. En ausencia de enzimas, esta reacción se produciría tan

lentamente que sería insignificante. Sin embargo, si se añade la enzima

hexoquinasa que fosforila el carbono 6 de la glucosa y se mide la

concentración de la mezcla en un breve espacio de tiempo se podrá

encontrar únicamente glucosa-6-fosfato a niveles significativos. Por

tanto, las redes de rutas metabólicas dentro de la célula dependen del

conjunto de enzimas funcionales que presenten.

44

- Control de la actividad

La actividad enzimática puede ser controlada en la célula

principalmente de estas cinco formas:

• Producción de la enzima (a nivel de la transcripción o la

traducción): la síntesis de una enzima puede ser favorecida o

desfavorecida en respuesta a determinados estímulos recibidos

por la célula. Esta forma de regulación génica se denomina

inducción e inhibición enzimática. Por ejemplo, las bacterias

podrían adquirir resistencia a antibióticos como la penicilina

gracias a la inducción de unas enzimas llamadas beta-

lactamasas, que hidrolizan el anillo beta-lactámico de la

molécula de penicilina. Otro ejemplo, son las enzimas presentes

en el hígado denominadas citocromo P450 oxidasas, las cuales

son de vital importancia en el metabolismo de drogas y fármacos.

La inducción o inhibición de estas enzimas puede dar lugar a la

aparición de interacciones farmacológicas.

• Compartimentalización de la enzima: las enzimas pueden

localizarse en diferentes compartimentos celulares, de modo que

puedan tener lugar diferentes rutas metabólicas de forma

independiente. Por ejemplo, los ácidos grasos son sintetizados por

un conjunto de enzimas localizadas en el citosol, en el retículo

endoplasmático y en el aparato de Golgi, y posteriormente,

dichos ácidos grasos son utilizados por otro conjunto de enzimas

45

diferentes como fuente energética en la mitocondria, a través de

la β-oxidación.73

• Inhibidores y activadores enzimáticos: las enzimas pueden ser

activadas o inhibidas por ciertas moléculas. Por ejemplo, el

producto final de una ruta metabólica suele actuar como

inhibidor de alguna de las enzimas implicadas en las primeras

reacciones de la ruta, estableciendo así una realimentación

negativa que regula la cantidad de producto final obtenido por

esa ruta. Este mecanismo de realimentación negativa permite

ajustar efectivamente la velocidad de síntesis de los metabolitos

intermedios con la demanda de la célula, y permite distribuir

económicamente materiales y energía para evitar exceso o

escasez de los productos finales. Este control enzimático permite

mantener un ambiente relativamente estable en el interior de los

organismos vivos.

• Modificación postraduccional de enzimas: las enzimas pueden

sufrir diversas modificaciones postraduccionales como la

fosforilación, la miristoilación y la glicosilación. Por ejemplo, en la

respuesta a insulina, se produce la fosforilación de multitud de

enzimas, como la de la glucógeno sintasa, que ayuda en el

control de la síntesis o degradación del glucógeno y permite a la

célula responder a las variaciones de los niveles de azúcar en

sangre. Otro ejemplo de modificación postraduccional es la

degradación de la cadena polipeptídica. La quimiotripsina, una

46

proteasa digestiva, es sintetizada en una forma inactiva,

quimiotripsinógeno, en el páncreas y transportada en este estado

hasta el estómago, donde será activada. De este modo se evita

que la enzima digiera el páncreas y los demás tejidos por los que

pasa antes de llegar al estómago. Este tipo de precursor inactivo

de una enzima es denominado zimógeno.

• Activación dependiente del ambiente: algunas enzimas pueden

ser activadas cuando pasan de un ambiente con unas

condiciones a otro con condiciones diferentes, como puede ser el

paso del ambiente reductor del citoplasma al ambiente oxidativo

del periplasma, el paso de un ambiente con elevado pH a otro

con bajo pH, etc. Por ejemplo, la hemaglutinina del virus de la

gripe es activada mediante un cambio conformacional que se

produce cuando el pH del medio es suficientemente ácido, lo

cual ocurre cuando el virus entra en el interior de la célula a

través de un lisosoma.

- Implicaciones en enfermedades

47

Estructura tridimensional de la enzima fenilalanina hidroxilasa (PDB

1KW0).

Debido a que es necesario un fuerte control de la actividad enzimática

para la homeostasis, cualquier fallo en el funcionamiento (mutación,

incremento o reducción de la expresión o deleción) de una única

enzima crítica puede conducir al desarrollo de una enfermedad

genética. La importancia de las enzimas se pone de manifiesto en el

hecho de que una enfermedad letal puede ser causada por el mal

funcionamiento de un único tipo de enzima de todos los miles de tipos

que existen en nuestro cuerpo.

Un ejemplo de esto es el tipo más común de fenilcetonuria. En esta

enfermedad genética se produce una mutación de un único

aminoácido en la fenilalanina hidroxilasa, una enzima que cataliza la

primera reacción de la ruta de degradación de la fenilalanina y de

compuestos relacionados. Al ser esta enzima inactiva, se acumulan una

serie de productos que terminan dando lugar a la aparición de retardo

mental si no se recibe tratamiento.

Otro ejemplo es cuando se produce una mutación en los genes de la

línea germinal que codifican las enzimas implicadas en la reparación

del ADN. En este caso, al no repararse adecuadamente el ADN de las

células, se acumulan mutaciones que suelen derivar en el desarrollo de

diversos tipos de cáncer hereditarios, como la xerodermia pigmentosa.

48

- Clasificación y nomenclatura de enzimas

El nombre de una enzima suele derivarse del sustrato o de la reacción

química que cataliza, con la palabra terminada en -asa. Por ejemplo,

lactasa proviene de su sustrato lactosa; alcohol deshidrogenasa

proviene de la reacción que cataliza que consiste en "deshidrogenar" el

alcohol; ADN polimerasa proviene también de la reacción que cataliza

que consiste en polimerizar el ADN.

La Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular ha

desarrollado una nomenclatura para identificar a las enzimas basada

en los denominados Números EC. De este modo, cada enzima queda

registrada por una secuencia de cuatro números precedidos por las

letras "EC". El primer número clasifica a la enzima según su mecanismo

de acción. A continuación se indican las seis grandes clases de enzimas

existentes en la actualidad:

• EC1 Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidorreducción o

redox. Precisan la colaboración de las coenzimas de

oxidorreducción (NAD+, NADP+, FAD) que aceptan o ceden los

electrones correspondientes. Tras la acción catalítica, estas

coenzimas quedan modificadas en su grado de oxidación, por lo

que deben ser recicladas antes de volver a efectuar una nueva

reacción catalítica. Ejemplos: deshidrogenasas, peroxidasas.

49

• EC2 Transferasas: transfieren grupos activos (obtenidos de la

ruptura de ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Suelen

actuar en procesos de interconversión de monosacáridos,

aminoácidos, etc. Ejemplos: transaminasas, quinasas.

• EC3 Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis con la

consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros.

Actúan en la digestión de los alimentos, previamente a otras fases

de su degradación. La palabra hidrólisis se deriva de hidro →

'agua' y lisis → 'disolución'. Ejemplos: glucosidasas, lipasas,

esterasas.

• EC4 Liasas: catalizan reacciones en las que se eliminan grupos

H2O, CO2 y NH3 para formar un doble enlace o añadirse a un

doble enlace. Ejemplos: descarboxilasas, liasas.

• EC5 Isomerasas: actúan sobre determinadas moléculas

obteniendo o cambiando de ellas sus isómeros funcionales o de

posición, es decir, catalizan la racemización y cambios de

posición de un grupo en determinada molécula obteniendo

formas isoméricas. Suelen actuar en procesos de interconversión.

Ejemplo: epimerasas (mutasa).

• EC6 Ligasas: catalizan la degradación o síntesis de los enlaces

denominados "fuertes" mediante el acoplamiento a moléculas de

alto valor energético como el

carboxilasas.

- Aplicaciones industriales

Las enzimas son utilizadas en la

industria, en donde se requiere el uso de catalizadores muy

especializados. Sin embargo, las enzimas están limitadas tanto por el

número de reacciones que pueden llevar a cabo com

de estabilidad en solventes orgánicos

ingeniería de proteínas

muy activa donde se intentan crear enzimas con propiedades nuevas,

bien mediante diseño racional, bien mediante evolución

esfuerzos han comenzado a tener algunos éxitos, obteniéndose algunas

enzimas que catalizan reacciones no existentes en la naturaleza

A continuación se muestra una tabla con diversas aplicaciones

industriales de las enzimas:

Aplicación

Procesado de alimentos

La amilasa cataliza la

degradación del almidón en

50

energético como el ATP. Ejemplos:

Aplicaciones industriales

Las enzimas son utilizadas en la industria química, y en otros tipos de



número de reacciones que pueden llevar a cabo como por su ausencia

solventes orgánicos y altas temperaturas

ingeniería de proteínas se ha convertido en un área de investigación


ño racional, bien mediante evolución




ales de las enzimas:

Enzimas utilizadas Usos

La amilasa cataliza la

el almidón en

Amilasas de hongos y

plantas.

Producción de

azúcares desde

el

como por

ejemplo en la

producción de

Ejemplos: sintetasas,

, y en otros tipos de



o por su ausencia

temperaturas. Por ello, la

se ha convertido en un área de investigación


ño racional, bien mediante evolución in vitro. Estos




Usos

oducción de

azúcares desde

el almidón,

como por

ejemplo en la

producción de

51

azúcares sencillos. jarabe de maíz.

En la cocción al

horno, cataliza

la rotura del

almidón de la

harina en

azúcar. La

fermentación

del azúcar

llevada a cabo

por levaduras

produce el

dióxido de

carbono que

hace "subir" la

masa.

Proteasas Los fabricantes

de galletas las

utilizan para

reducir la

cantidad de

proteínas en la

harina.

Alimentos para bebés Tripsina Para pre-digerir

el alimento

52

dirigido a bebés.

Elaboración de cerveza

Cebada germinada utilizada

para la elaboración de malta.

Las enzimas de la cebada

son liberadas durante la

fase de molido en la

elaboración de la cerveza.

Las enzimas

liberadas

degradan el

almidón y las

proteínas para

generar

azúcares

sencillos,

aminoácidos y

péptidos que

son usados por

las levaduras en

el proceso de

fermentación.

Enzimas de cebada

producidas a nivel

industrial

Ampliamente

usadas en la

elaboración de

cerveza para

sustituir las

enzimas

naturales de la

cebada.

Amilasa, glucanasa y

proteasas

Digieren

polisacáridos y

53

proteínas en la

malta.

Betaglucanasas y

arabinoxilanasas

Mejoran la

filtración del

mosto y la

cerveza.

Amiloglucosidasas y

pululanasas

Producción de

cerveza baja en

calorías y ajuste

de la capacidad

de

fermentación.

Proteasas Eliminan la

turbidez

producida

durante el

almacenamient

o de la cerveza.

Acetolactatodecarboxilas

a (ALDC)

Incrementa la

eficiencia de la

fermentación

mediante la

reducción de la

formación de

diacetilo.81

54

Zumos de frutas Celulasas, pectinasas Aclarado de

zumos de frutos.

Industria láctea

Queso de Roquefort.

Renina, derivado del

estómago de animales

rumiantes jóvenes (como

terneros y ovejas).

Producción de

queso, usada

para hidrolizar

proteínas.

Enzimas producidas por

bacterias

Actualmente,

cada vez más

usadas en la

industria láctea.

Lipasas Se introduce

durante el

proceso de

producción del

queso Roquefort

para favorecer

la maduración.

Lactasas Rotura de la

lactosa en

glucosa y

galactosa.

Digestión de carne Papaína Ablandamiento

de la carne

utilizada para

cocinar.

Industria del almidón

Glucosa.

Fructosa.

Industria del papel

55

Amilasas,

amiloglucosidasas y

glucoamilasas

Conversión del

almidón

glucosa

divers

azúcares

invertidos

Glucosa isomerasa Conversión de

glucosa

fructosa

la producción

de

maíz

de sustancias

ricas en almidón.

Estos jarabes

potencian las

propiedades

edulcorantes

reducen las

calorías mejor

que la

y manteniendo

el mismo nivel de

dulzor.

Amilasas, xilanasas, Degradación del

Conversión del

almidón en

glucosa y

diversos

azúcares

invertidos.

Conversión de

glucosa en

fructosa durante

la producción

de jarabe de

maíz partiendo

de sustancias

ricas en almidón.

Estos jarabes

potencian las

propiedades

edulcorantes y

reducen las

calorías mejor

que la sacarosa

y manteniendo

el mismo nivel de

dulzor.

Degradación del

56

Una fábrica de papel en

Carolina del Sur.

celulasas y ligninasas almidón para

reducir su

viscosidad,

añadiendo

apresto. Las

xilanasas

reducen el

blanqueador

necesario para

la decoloración;

las celulasas

alisan las fibras,

favorecen el

drenaje de agua

y promueven la

eliminación de

tintas; las lipasas

reducen la

oscuridad y las

ligninasas

eliminan la

lignina para

ablandar el

papel.

Industria del biofuel Celulasas Utilizadas para

Celulosa en 3D.

Detergentes biológicos

57

degradar la

celulosa

azúcares que

puedan ser

fermentados.

Ligninasas Utilizada para

elim

de

Principalmente proteasas,

producidas de forma

extracelular por bacterias.

Utilizadas para

ayudar en la

eliminac

tintes proteicos

de la ropa en las

condiciones de

prelavado y en

las aplicaciones

directas de

detergente

líquido.

Amilasas Detergentes

lavadoras para

eliminar residuos

resistentes de

almidón.

Lipasas Utilizadas para

degradar la

celulosa en

azúcares que

puedan ser

fermentados.

Utilizada para

eliminar residuos

de lignina.

Utilizadas para

ayudar en la

eliminación de

tintes proteicos

de la ropa en las

condiciones de

prelavado y en

las aplicaciones

directas de

detergente

líquido.

Detergentes de

lavadoras para

eliminar residuos

resistentes de

almidón.

Utilizadas para

58

facilitar la

eliminación de

tintes grasos y

oleosos.

Celulasas Utilizadas en

suavizantes

biológicos.

Limpiadores de lentes de

contacto

Proteasas Para eliminar

restos proteicos

de las lentes de

contacto y así

prevenir

infecciones.

Industria del hule Catalasa Para generar

oxígeno desde

el peróxido, y así

convertir el látex

en hule

espumoso.

Industria fotográfica Proteasa (ficina) Disolver la

gelatina de las

películas

fotográficas

usadas,

permitiendo así

Biología molecular

ADN de doble hélice.

59

la recuperación

de su contenido

en

Enzimas de restricción,

ADN ligasa y polimerasas

Utilizadas para

manipular el

ADN

ingeniería

genética

gran

importancia en

farmacología

agricultura

medicina

criminalístic

Esenciales para

digestión de

restricción y para

la

cadena de la

polimerasa

la recuperación

de su contenido

en plata.

Utilizadas para

manipular el

ADN mediante

ingeniería

genética. De

gran

importancia en

farmacología,

agricultura,

medicina y

criminalística.

Esenciales para

digestión de

restricción y para

la reacción en

cadena de la

polimerasa.

60

3. ¿Cuáles marcadores de tumores

se usan actualmente y para qué

tipos de cánceres?

Varios marcadores de tumores se usan actualmente para una amplia

gama de tipos de cáncer. Aunque es posible hacer el análisis de la

mayoría de esos marcadores en laboratorios que satisfacen las normas

establecidas por Clinical Laboratory Improvement Amendments,

algunos no pueden analizarse y, por lo tanto, tal vez se consideren

experimentales. La lista de abajo contiene los marcadores de tumores

que se usan ordinariamente en la actualidad.

Activador del plasminógeno urocinasa (uPA) e inhibidor del activador

del plasminógeno (PAI-1)

• Tipo de cáncer: Cáncer de seno

• Tejido analizado: Tumor

• Cómo se usó: Para determinar la malignidad del cáncer y guiar el

tratamiento

Alfa-fetoproteína (AFP)

• Tipos de cáncer: Cáncer de hígado y tumores de células

germinativas

• Tejido analizado: Sangre

61

• Cómo se usó: Para ayudar a diagnosticar cáncer de hígado y

vigilar la reacción al tratamiento; para evaluar el estadio, el

pronóstico y la reacción al tratamiento de tumores de células

germinativas

Análisis de mutación del EGFR

• Tipo de cáncer: Cáncer de pulmón de células no pequeñas


• Cómo se usó: Para ayudar a determinar el tratamiento y el

pronóstico

Análisis de mutación del KRAS

• Tipos de cáncer: Cáncer colorrectal y cáncer de pulmón de

células no pequeñas


• Cómo se usó: Para determinar si el tratamiento con un tipo

específico de terapia dirigida es el adecuado

Antígeno carcinoembrionario (CEA)

• Tipos de cáncer: Cáncer colorrectal y cáncer de seno


• Cómo se usó: Para revisar si el cáncer colorrectal se ha

diseminado; para buscar la recidiva del cáncer de seno y evaluar

la reacción al tratamiento

62

Antígeno prostático específico (PSA)

• Tipo de cáncer: Cáncer de próstata


• Cómo se usó: Para ayudar en el diagnóstico, evaluar la reacción

al tratamiento y buscar la recurrencia (recidiva)

CA15-3/CA27.29



• Cómo se usó: Para evaluar si el tratamiento está funcionando o si

la enfermedad ha regresado

CA19-9

• Tipos de cáncer: Cáncer de páncreas, cáncer de vesícula biliar,

cáncer de conducto biliar y cáncer gástrico


• Cómo se usó: Para evaluar si el tratamiento está funcionando

CA-125

• Tipo de cáncer: Cáncer de ovarios


• Cómo se usó: Para ayudar en el diagnóstico, en la evaluación de

la reacción al tratamiento y en la evaluación de la recidiva

63

Calcitonina

• Tipo de cáncer: Cáncer medular de tiroides


• Cómo se usó: Para ayudar en el diagnóstico, para revisar si el

tratamiento está funcionando y evaluar la recidiva

CD20

• Tipo de cáncer: Linfoma no Hodgkin


• Cómo se usó: Para determinar si el tratamiento con una terapia

dirigida es el adecuado

Cromogranina A (CgA)

• Tipo de cáncer: Tumores neuroendocrinos


• Cómo se usó: Para ayudar en el diagnóstico, en la evaluación de

la reacción al tratamiento y en la evaluación de la recidiva

Cromosomas 3, 7, 17 y 9p21

• Tipo de cáncer: Cáncer de vejiga

• Tejido analizado: Orina

• Cómo se usó: Para ayudar en la vigilancia de recurrencia

(recidiva) de tumores

64

Fibrina y fibrinógeno



• Cómo se usó: Para vigilar el avance y la reacción al tratamiento

Fragmentos de citoqueratina 21-1

• Tipo de cáncer: Cáncer de pulmón


• Cómo se usó: Para ayudar en la vigilancia de recurrencia

(recidiva)

Gen de fusión BCR-ABL

• Tipo de cáncer: Leucemia mieloide crónica

• Tejido analizado: Sangre y médula ósea

• Cómo se usó: Para confirmar el diagnóstico y vigilar el estado de

la enfermedad

Gonadotropina coriónica humana ß (Beta-hCG)

• Tipos de cáncer: Coriocarcinoma y cáncer de testículo

• Tejido analizado: Orina o sangre

• Cómo se usó: Para evaluar el estadio, el pronóstico y la reacción

al tratamiento

HE4

65



• Cómo se usó: Para evaluar el avance de la enfermedad y vigilar

la recurrencia (recidiva)

HER2/neu

• Tipos de cáncer: Cáncer de seno, cáncer de estómago y cáncer

de esófago


• Cómo se usó: Para determinar si el tratamiento con trastuzumab

es el adecuado

Inmunoglobulinas

• Tipos de cáncer: Mieloma múltiple y macroglobulinemia de

Waldenström

• Tejido analizado: Sangre y orina

• Cómo se usó: Para ayudar a diagnosticar la enfermedad, evaluar

la reacción al tratamiento y buscar si ha habido recurrencia

(recidiva)

KIT

• Tipos de cáncer: Tumor del estroma gastrointestinal y melanoma

mucoso


66

• Cómo se usó: Para ayudar en el diagnóstico y determinar el

tratamiento

Lactato deshidrogenasa

• Tipo de cáncer: Tumores de células germinativas


• Cómo se usó: Para evaluar el estadio, el pronóstico y la reacción

al tratamiento

Microglobulina ß-2 (B2M)

• Tipos de cáncer: Mieloma múltiple, leucemia linfocítica crónica y

algunos linfomas

• Tejido analizado: Sangre, orina o líquido cefalorraquídeo

• Cómo se usó: Para determinar el pronóstico y vigilar la reacción al

tratamiento

Mutación BRAF (V600E)

• Tipos de cáncer: Melanoma cutáneo y cáncer colorrectal


• Cómo se usó: Para pronosticar la reacción a terapias dirigidas

Proteína de matriz nuclear 22 (NMP22)



67

• Cómo se usó: Para vigilar la reacción al tratamiento

Receptor de estrógeno (ER) y receptor de progesterona (PR)



• Cómo se usó: Para determinar si el tratamiento con terapia

hormonal (como con tamoxifeno) es adecuado

Reordenación de genes ALK

• Tipos de cáncer: Cáncer de pulmón de células no pequeñas y

linfoma anaplásico de células grandes


• Cómo se usó: Para ayudar a determinar el tratamiento y el

pronóstico

Sello de 5 proteínas (Ova1)



• Cómo se usó: Para evaluar la masa pélvica antes de operación

para lo que se sospecha ser cáncer de ovario

Sello de 21 genes (Oncotype DX)



68

• Cómo se usó: Para evaluar el riesgo de recurrencia (recidiva)

Sello de 70 genes (Mammaprint)



• Cómo se usó: Para evaluar el riesgo de recurrencia (recidiva)

Tiroglobulina

• Tipo de cáncer: Cáncer de tiroides


Cómo se usó: Para evaluar la reacción al tratamiento y buscar la

recurrencia (recidiva)

4. ¿Pueden los marcadores de

tumores usarse como exámenes

selectivos de detección de

cáncer?

Ya que los marcadores de tumores pueden usarse para evaluar la

reacción de un tumor al tratamiento y para el pronóstico, los

investigadores han esperado que los marcadores podrían ser útiles

también como exámenes de detección que tengan la finalidad de

detectar el cáncer inicial, antes de que haya síntomas. Para que un

examen de detección sea útil, deberá tener una sensibilidad muy

69

alta (capacidad para identificar correctamente a la gente que tiene

la enfermedad) y especificidad (capacidad para identificar

correctamente a la gente que no tiene la enfermedad). Si un

examen es altamente sensible, identificará a la mayoría de la gente

que tiene la enfermedad; es decir, tendrá muy pocos resultados

negativos falsos. Si un examen es altamente específico, solo un

número pequeño de gente tendrá un resultado positivo pero que no

tiene la enfermedad; en otras palabras, tendrá muy pocos resultados

positivos falsos.

Aunque los marcadores de tumores son útiles en extremo para

determinar si un tumor está reaccionando al tratamiento o para

evaluar si el cáncer ha regresado, ningún marcador de tumores que

ha sido identificado hasta ahora es suficientemente sensible o

específico para usarse por sí mismo como examen de detección de

cáncer.

Por ejemplo, el análisis del antígeno prostático específico (PSA), el

cual mide la concentración de PSA en la sangre, se usa con

frecuencia para examinar a hombres para buscar cáncer de

próstata. Sin embargo, una concentración mayor de PSA puede ser

causada por afecciones benignas de próstata así como por cáncer

de próstata, y la mayoría de los hombres que tienen una

concentración elevada de PSA no tienen cáncer de próstata. Los

resultados iniciales de dos estudios grandes aleatorizados,

70

controlados, el Estudio de Exámenes de Detección de Cáncer de

Próstata, de Pulmón, Colorrectal y de Ovarios, PLCO, y el Estudio

Europeo Aleatorizado de Exámenes de Detección de Cáncer de

Próstata indicaron que las pruebas de PSA a lo más llevaron a solo

una reducción pequeña del número de muertes por cáncer de

próstata. Además, no está claro si los beneficios del examen de

detección con PSA superan los perjuicios de las pruebas de

diagnóstico y de los tratamientos resultantes por cánceres que en

muchos casos nunca habrían de poner en peligro la vida de un

hombre.

En forma semejante, los resultados del estudio PLCO indicaron que el

CA-125, un marcador de tumores que a veces está elevado en la

sangre de mujeres con cáncer de ovarios pero que puede también

estar elevado en mujeres con enfermedades benignas, no es

suficientemente sensible o específico para que se use junto con la

ecografía transvaginal para buscar cáncer de ovarios en mujeres

con un riesgo ordinario de la enfermedad. Un análisis de 28

marcadores potenciales de cáncer de ovarios en la sangre de

mujeres que más tarde presentaron cáncer de ovarios encontró que

ninguno de esos marcadores se desempeñó tan bien como el CA-

125 en detectar la enfermedad en mujeres con riesgo ordinario.

71

5. ¿Qué clase de investigación se

está haciendo para formular

marcadores de tumores más

precisos?

Los investigadores de oncología acuden a la proteinómica (el

estudio de la estructura, función y patrones de expresión de las

proteínas) con la esperanza de formular nuevos biomarcadores que

puedan usarse para identificar enfermedades en sus estadios

iniciales, para predecir la posibilidad de recurrencia del cáncer

después de que haya terminado el tratamiento.

Los científicos están evaluando también los patrones de expresión

génica en su capacidad para ayudar a determinar el pronóstico de

un paciente o su reacción a la terapia. Por ejemplo, el estudio

TAILORx patrocinado por el NCI asignó a mujeres con cáncer de

seno con receptor de hormonas y ganglios linfáticos negativos que

se han sometido a cirugía para tratamientos diferentes basándose en

su puntuación de recidiva de la prueba Oncotype DX. Uno de los

objetivos del estudio es determinar si las mujeres cuya puntuación

indica que tienen un riesgo intermedio de recurrencia (recidiva) se

beneficiarán al añadirse quimioterapia a la terapia hormonal o si

tales mujeres pueden evitar la quimioterapia sin peligro. El estudio ha

reclutado el número requerido de participantes que serán

72

observadas durante varios años antes de que se disponga de

resultados.

La Red de Investigación de Detección Precoz está formulando y

probando algunos biomarcadores con base en la genómica y la

proteinómica.

El Programa para la Evaluación de Pruebas Clínicas de Cáncer

(PACCT), una iniciativa del Programa de Diagnóstico del Cáncer de

la División de Diagnóstico y Tratamiento del Cáncer del NCI, ha sido

concebido para asegurar que la formulación de las pruebas de

laboratorio futuras es eficiente y eficaz. El grupo estratégico de

PACCT, el cual incluye a científicos de universidades, de la industria y

del NCI, está concibiendo los criterios para evaluar los marcadores

que están listos para una formulación ulterior. El objetivo de PACCT es

también mejorar el acceso a especímenes humanos, hacer reactivos

estándar y controlar los materiales, así como apoyar los estudios de

validación. Un nuevo programa, el Programa de Formulación de

Valoración Clínica, permite que el NCI ayude en la creación de

valoraciones prometedoras que puedan predecir cuál tratamiento

pueda ser mejor o que ayude a indicar la malignidad de un cáncer

en particular.

73

6. Pruebas Especiales de

Laboratorio

Los diferentes exámenes de laboratorio que se ofrecen en esta área,

algunos de los cuales se procesan en el Laboratorio Clínico, son

herramientas esenciales para efectuar el despistaje, clasificación,

pronóstico y seguimiento de la eficacia de los tratamientos de diversas

enfermedades malignas.

• Alfa-Fetoproteina (AFP)

• Antígeno Carcino Embriónico (CEA)

• Antígeno Prostático Específico (PSA)

• Cariotipo de Médula Osea y Sangre Periférica

• Cromosoma Filadelfia (por Citogenética o Biología Molecular)

• Fosfatasa Acida Prostática

• Gonadotrofina Coriónica (hCG-Subunidad Beta)

• Rearreglo bc12/JH para Linfomas (por Biología Molecular)

• Receptores de Estrógeno

Varios

• Amino-ácidos, cromatografía

• Electroforesis de Hemoglobinas

• Mucopolisacáridos

74

7. Bibliografía

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Documents

Marcadores Tumorales, Pruebas de Laboratorio. · Los marcadores tumorales por sí solo pocas veces son suficiente evidencia de que hay cáncer. La mayoría de los marcadores tumorales